天文學家發現新生恆星周圍的首個“雪線”

年輕恆星V883 Orionis周圍形成水霜的影像為行星形成提供了新的見解

藝術家對年輕恆星V883 Orionis周圍水雪線的印象圖,由ALMA探測到。

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天文學家首次瞥見了恆星周圍的水雪線——年輕恆星的碎片軌道盤中首次出現雪和冰的點。

通常,這個邊界太靠近恆星,天文學家無法看到它,但這顆特殊的恆星突然爆發亮度,使其圓盤過熱,使冰層比平時更遠的地方消失。

研究人員對發現他們的第一個恆星雪線感到興奮,因為它在年輕恆星周圍行星的形成中起著至關重要的作用:岩石部分形成像地球和火星這樣的行星,而冰雪覆蓋的郊區則孕育出像木星和土星這樣的氣態世界。[ALMA:關於巨型射電望遠鏡的8個酷炫事實]


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明亮爆發

一顆新生恆星被環繞的氣體、塵埃和碎片組成的扁平圓盤包圍——這是最終形成外星行星的原始材料。大多數恆星都足夠熱,可以將圓盤中的水蒸發到距中心約2.8億英里(4.5億公里)的地方,這是地球到太陽距離的三倍,使冰能夠覆蓋更遠處的碎片。*(由於太空中的壓力極低,水跳過了液態階段。)

在獵戶座星座中距地球1350光年發現的恆星V883 Orionis燃燒得異常炙熱——它正處於新物質突然湧入導致的亮度和熱量爆發之中。這使得恆星可以將冰層蒸發到37億英里(60億公里)以外,或者說是冥王星圍繞太陽執行的平均距離,這讓研究人員感到驚訝。遙遠的邊界使他們能夠用阿塔卡瑪大型毫米/亞毫米波陣列(ALMA)在無線電波長中看到水雪線,ALMA是位於智利的射電望遠鏡集合,構成了世界上最大的地面天文臺。

“ALMA的觀測結果讓我們感到驚訝,”智利迭戈波塔萊斯大學的天文學家、這項新工作的主要作者盧卡斯·西紮在一份宣告中說。“我們的觀測旨在對圓盤碎片化進行成像,這是巨行星形成的擬議機制之一。” 研究人員沒有看到任何碎片化;相反,他們在圓盤中看到了一個意想不到的環。

行星建造者

在與新工作相關的《新聞與觀點》專欄中,該工作發表在今天的《自然》雜誌上(7月13日),加拿大國家研究委員會的天文學家、未參與這項研究的布倫達·馬修斯寫道,水雪線對於確定哪些行星形成非常重要——岩石行星在雪線內形成,氣態行星在雪線外形成。

馬修斯寫道:“雪線的位置可以隨時間演變,這一事實對於行星形成具有重要意義。” 與恆星變化相關的冰的快速損失和獲得“將使預測岩石行星在雪線內緩慢形成,而氣態巨行星在雪線外快速形成的模型感到困惑。”

而僅僅是看到雪線,這在之前已經被假設但沒有被發現,有助於證實其他恆星也具有與太陽早期環境相似的冰和雪帶,從而導致我們太陽系目前的行星集合。

普林斯頓大學的天文學家、這項新工作的合著者朱兆煥在宣告中說:“年輕恆星周圍水冰的分佈對於行星的形成甚至地球上生命的發展至關重要。” “ALMA的觀測為了解年輕行星仍在形成時,原行星盤中這種情況發生的方式和地點提供了重要的線索。”

朱補充說:“我們現在有直接證據表明,在其他恆星周圍存在一個有利於行星形成的寒冷區域。”

*編者注(7/14/16):這句話在釋出後進行了編輯,以更正宣告的蒸發區距離。

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莎拉·萊溫·弗雷澤大眾科學的高階新聞編輯。她計劃、分配和編輯月刊雜誌的“進展”部分,以及編輯線上新聞。在2019年加入大眾科學之前,她曾擔任Space.com的副編輯,記錄人類探索星空的歷程。(更早之前,她曾在大眾科學擔任印刷實習生。)弗雷澤擁有布朗大學的數學學士學位和紐約大學科學、健康與環境報道專案的文學碩士學位。她喜歡音樂劇和數學紙工藝。

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